Ecologia del paesaggio

Definizione di paesaggio. Obiettivi e principi dell’ecologia del paesaggio.

Radici culturali: rapporti con l’ecologia tradizionale, scuola europea e

scuola nord-americana. Convenzione Europea sul paesaggio.

Struttura, funzione, cambiamento del paesaggio. Modello patch-

corridoio-matrice. Diversità, connettività e frammentazione. Indici

strutturali.

“Mosaico di ecosistemi interagenti, che si

ripete con una configurazione spaziale

riconoscibile su un'area molto estesa “

(Forman & Godron 1986; Forman 1995)

In funzione della scala di percezione

dell’organismo o del processo di interesse

Una qualsiasi area spazialmente eterogenea

rispetto ad almeno un fattore di interesse

(Turner et al., 2001)

Paesaggio come sistema ecologico

Paesaggio: definizioni

“Una parte omogenea di territorio i cui

caratteri derivano dalla natura, dalla storia

umana e dalle reciproche interrelazioni”

(“Codice Urbani”, Art.131, 2005).

“Una determinata parte di territorio, così come è

percepita dalle popolazioni, i cui caratteri derivano

dall’azione di fattori naturali e/o umani e dalle loro

interrelazioni”

Definizione della Convenzione Europea del

Paesaggio (Firenze 2000, ratificata dal Senato il

14.12.2005)

Paesaggio: definizioni

Convenzione europea del Paesaggio Firenze 20 Ottobre 2000

OBIETTIVI:

La Convenzione ha come scopo la protezione, la gestione e la pianificazione

dei paesaggi e mira ad organizzare una collaborazione fra Paesi Europei.

Impegno a riconoscere il paesaggio in quanto componente essenziale del

contesto di vita delle popolazioni, espressione della diversità del loro

comune patrimonio culturale e naturale e fondamento della loro identità.

http://www.coe.int/T/E/Cultural_Co-operation/Environment/Landscape/

Paesaggio: definizioni

OBIETTIVI:

La Convenzione ha come scopo la protezione, la gestione e la pianificazione

dei paesaggi e mira ad organizzare una collaborazione fra Paesi Europei.

Ecologia = studio delle relazioni tra gli organismi ed il loro ambiente.

In genere l’ecologia ha assunto un ambiente omogeneo e non-spaziale, facendo

riferimento come unità base all’ecosistema

Però…

1. l’ambiente è molto legato allo spazio (tutto accade da qualche parte)!

Una regola generale riguardo le interazioni è che la loro forza diminuisce

all’aumentare della distanza. Anche la distanza implica una localizzazione spaziale

2. Negli ultimi decenni, l’attenzione degli ecologi si è progressivamente concentrata

sulla descrizione e analisi della eterogeneita’ ambientale

variabilità spaziale (e temporale) dei fattori ambientali, che si esprime

nella presenza di mosaici di comunità o di ecosistemi

Le radici intellettuali dell’ecologia del paesaggio

In un’ottica vegetazionale, questa variabilità è il presupposto per l’esistenza di

pattern discreti nella distribuzione delle comunità vegetali

Comunità, serie di vegetazione e geosigmeti

In un contesto ecologico più ampio l’eterogeneità ambientale è considerata in

funzione della sua influenza sui processi o in un’ottica di classificazione territoriale

Ecologia del paesaggio

Troll (anni ’30):

studio integrato dell’ambiente in cui si analizzano le relazioni verticali e orizzontali

tra ecosistemi, ovvero ciò che avviene al loro interno così come le loro interazioni

Ruolo chiave della scienza della vegetazione per integrare il ruolo dinamico

dell’uomo e l’importanza delle relazioni causali fra vegetazioni e ambiente

ECOLOGIA DEL

PAESAGGIO •Configurazione

spaziale, eterogeneità e

scala

•Pianificazione ambientale,

progettazione e gestione

•Approccio

multidisciplinare e

territoriale

•Scienza della

vegetazione,

biogeografia, geografia

degli ecosistemi

Approccio

spaziale

dei geografi

Approccio

funzionale

degli ecologi

+

La scuola europea

Von Humboldt (1807): prima definizione scientifico-geografica del paesaggio come “il carattere

totale di una regione della Terra”

Termine “Landscape ecology” coniato da Troll in 1939

Enfasi sulla tipologia, classificazione, nomenclatura

Sistemi a forte componente antropica

Soprattutto in Dipartimenti di Geografia, Architettura,

Pianificazione urbana e del Paesaggio

Fondamento dei sistemi di classificazione gerarchica del territorio

La storia dell’ecologia del paesaggio

La scuola nord-americana

Lanciata con un congresso nel 1983

Maggiore attenzione ai sistemi naturali o semi-naturali

Più strettamente ecologica

Interessata a: statistica, modelli, tecnologia e sviluppi teorici

Dipartimenti di Biologia, Ecologia, Scienze Forestali e Risorse naturali

Confronto fra le scuole europea e americana (Wiens 1997)

Land-use

policy

Human

Geography

Functional

(holistic)

Ecology

Planning &

Landscape

Architecture

Landscape

Ecology

Sociology

Political

Science

Resource

Economics

European

Landscape

Ecology

Spatial

pattern

analyses

Landscape

Ecology

Resource

Management GIS

Modeling

Ecology

(patch

dynamics)

Scuola europea Scuola nord-americana

Come caratterizzarla?

Riconoscendo scale d’osservazione e

configurazioni spaziali che si ripetono (pattern)

Da cosa è originata?

Gli agenti del paesaggio: fattori abiotici,

processi biologici e disturbo

Perché è importante?

L’eterogeneità spaziale è rilevante a livello di

popolazioni, comunità ed ecosistemi

Come si modifica nel tempo?

I paesaggi sono dinamici

Come la gestiamo?

Gli uomini sono i principali agenti del paesaggio e lo gestiscono per ottenere

risultati specifici

Ecologia del paesaggio - indaga l’eterogeneità spaziale ed il pattern

L’Ecologia del paesaggio indaga estensioni spaziali che sono molto più

grandi di quelle tradizionalmente studiate in ecologia …

L’ecologia del paesaggio non definisce, a priori, specifiche scale spaziali

che devono essere utilizzate …al contrario, è importante individuare la

scala d’osservazione che consente di caratterizzare meglio la relazione tra

eterogeneità spaziale ed il processo di cui ci stiamo occupando

L’ecologia del paesaggio SPESSO considera il ruolo delle attivita’

umane nel creare e modificare il paesaggio–ma riconosce che

l’uomo è’ solo uno degli agenti che lo determinano

Ecologia del paesaggio - lo studio e la gestione di ampi territori

La disposizione spaziale degli elementi che compongono un territorio può essere

definita – ed analizzata- a diverse scale.

Aree vaste Aree molto piccole

Lo studio della dinamica dei mosaici può avvenire su molte scale spaziali

Il concetto di scala

ma piuttosto da un mosaico di poligoni che interagiscono tra di loro in

maniera rilevante rispetto al fenomeno che noi consideriamo.

Ovvero… le dimensioni variano a seconda della questione o del problema

(processo o organismo di interesse)

Il paesaggio non è dunque definito da una dimensione prestabilita!

Micro-paesaggio: mosaico al metro quadrato

Mosaico al chilometro quadrato

Mosaico a scala regionale

Scala spaziale, temporale e livello d’organizzazione

Gestione del paesaggio:

la gestione di struttura, composizione e

funzionalità del paesaggio per ottenere i

cambiamenti desiderati

Gli elementi del paesaggio

1. Struttura: quali sono gli elementi che compongono il paesaggio

e come sono disposti (configurazione spaziale).

2. Funzione: quali sono le interazioni tra gli elementi che

compongono il paesaggio.

4. Cambiamenti: quale è la dinamica temporale della

struttura e della funzione.

3. Composizione: quali tipologie di copertura del suolo

sono presenti nel paesaggio

Modello Patch-Corridor-Matrix

Il pattern del paesaggio è definito dalla

estensione, forma e disposizione di

elementi discreti: patches, corridoi e

matrice

Modello del “Landscape continuum”:

i paesaggi sono composti da un gradiente di

copertura vegetazionale (o di habitat)

In molti paesaggi, è difficile separare e definire elementi discreti, almeno da una

prospettiva umana

Gli elementi del paesaggio: struttura

CORRIDOIO : elemento lineare relativamente

omogeneo

• MATRICE: elemento più

abbondante e/o connesso del

paesaggio

• POLIGONO (PATCH): area di forma non lineare, relativamente omogenea, che

differisce dalle aree circostanti

Modello patch-corridor-matrix

La matrice …

• deve essere definita relativamente al

fenomeno studiato

• è dinamica e si modifica in funzione del

tempo e dello spazio

La definizione della matrice territoriale

influenza l’interpretazione del paesaggio

e la misurazione di indici quantitativi

Modello patch-corridor-matrix

Patch

type B

Patch

type A

Patch

type B

Patch

type

A

Patch

type

A

Corridor

Corridor

Matrix

(Patch type C)

Pur semplificando la complessità reale, il modello

patch-corridoio-matrice

• permette di descrivere l’eterogeneità in base a

tre componenti fondamentali, indipendentemente

dalla scala

• permette di applicare indici quantitativi per

sintetizzarne e valutarne la struttura, soprattutto

per il monitoraggio nel tempo o per studi

comparativi tra paesaggi diversi

A partire dal lavoro di O’Neill e collaboratori

(1988), sono state proposte numerose

misurazioni, la cui universalità è limitata da

problemi di interpretabilità, dipendenza dalla

scala e ridondanza, ma che si dimostrano molto

utili per la descrizione della struttura di casi

specifici di studio

Modello patch-corridor-matrix

La DIVERSITÀ delle COMUNITA’

è data dalle quantità e dalle

proporzioni relative delle specie

che le compongono

Diversità di comunità e di ecosistemi

Comunità 3

Comunità 2

Comunità 1

La DIVERSITÀ degli ECOSISTEMI è

data dalle quantità e dalle

proporzioni relative delle comunità

che li compongono

Ecosistema 3

Ecosistema 2

Ecosistema 1

Frammentazione ambientale

Fasi della frammentazione

1) Perforazione

2) Dissezione

3) Frammentazione in senso stretto

4) Riduzione delle dimensioni dei frammenti

5) Riduzione delle dimensioni e del numero dei frammenti

Processo dinamico di origine antropica attraverso il quale un’area naturale (o un

determinato sistema ambientale) subisce una suddivisione in frammenti più o meno

disgiunti e progressivamente più piccoli e isolati

IMPORTANTE: Il processo si inserisce su una preesistente eterogeneità naturale

(patchiness)

Il mantenimento di una continuità fisico-territoriale ed ecologico-

funzionale fra gli ambienti naturali è stata indicata come una possibile

strategia per la mitigazione degli effetti della frammentazione su

popolazioni e comunità

Connessione o contiguità (connectedness): indica un’adiacenza fisica,

un’unione strutturale tra gli elementi. Es. due corridoi sono connessi

quando uno si innesta nell’altro.

Connettività (connectivity): rapporto funzionale tra gli elementi del

paesaggio. Es. esiste connettività tra due elementi se una funzione del

paesaggio (per es. dispersione anemocora dei semi) provoca la

germinazione di individui da un elemento all’altro.

E’ legata alle caratteristiche spaziali, geometriche e qualitative delle

tipologie ecosistemiche e agli aspetti funzionali, ecologici e

comportamentali della specie

Connettività

Gestire l’intero mosaico del paesaggio (matrice

permeabile) per agevolare la mobilità delle specie

Conservare o creare habitat specifici per aiutare lo

spostamento attraverso habitat poco ospitali

Stepping stones Patches di habitat ottimale (o

subottimale) collocati in una matrice

paesistica antropizzata, che possono

fungere da aree di sosta e rifugio per

determinate specie corridoi

Gestire la connettività

Indici strutturali

Gli indici strutturali vengono utilizzati per quantificare le modificazioni

e/o le caratteristiche della struttura del paesaggio e misurare i

parametri (es. eterogeneità, frammentazione, connessione,

connettività, ecc.) collegati a queste caratteristiche.

Perché calcolare indici di struttura del paesaggio?

Cambiamenti nella copertura delle aree a bosco nel

comune di Cadiz nel Wisconsin

A scopo comparativo, per sintetizzare le

differenze in un paesaggio in tempi diversi

Per analizzare diverse porzioni di

territorio, individuare le loro

differenze e valutarne le cause

Per analizzare le conseguenze

della struttura su diversi

processi come lo spostamento

di alcune specie animali, i flussi

di nutrienti, o la diffusione di un

disturbo

Per comparare ed analizzare diverse

strategie di gestione del territorio (es. diverse

regimi di gestione dei boschi)

Cambiamento della distribuzione dei boschi di pino

(grigio) e di altre specie (bianco) con condizioni di

partenza molto simili e tassi di cambiamento molto

veloci.

Per quantificare la struttura del paesaggio in relazione a processi o

cambiamenti si usano diversi indici che si concentrano o sui singoli patch, o

sulle tipologie cartografate o sul paesaggio complessivo:

Livelli per l’uso degli indici di struttura del paesaggio

2. Indici per tipologia di patch (classe):

caratteristiche di tutti i poligoni di una

determinata tipologia, es. numero di

patches, dimensione media di un dato tipo

di bosco o dei coltivi, ecc.

1. Indici per singoli patches: estensione,

rapporto perimetro/area, complessità della

forma, ecc.

3. Indici su tutta l’area o estensione (paesaggio): per indagare caratteristiche

generali del paesaggio, es. somma o valore medio dell’intera area studiata, o

valori di diversità, ricchezza, connettività, ecc.

Componenti delle carte e metriche associate

•la configurazione spaziale della carta,

che richiede delle informazioni di tipo

spaziale per il loro calcolo.

•la composizione della carta, senza

fare riferimento agli attributi

spaziali;

Dividiamo gli indici in due categorie per quantificare:

•Numero di patches (ricchezza)

•Abbondanza relativa di ogni classe

•Evenness (equiprobabilità)/dominanza

•Diversità

Composizione

La varietà e l’abbondanza degli elementi che compongono il paesaggio

boschi di sclerofille

coltivi

boschi di latifoglie

urbano

CLASSE numero patch

boschi di sclerofille 1

coltivi 2

boschi di latifoglie 2

urbano 4

• Ricchezza e numero di patches per

classe

boschi di sclerofille

coltivi

boschi di latifoglie

urbano

Composizione

tot

c

cA

A%A k

k

100

• Area % di ogni classe

Atot = 2500 m2

CLASSE %A

boschi di sclerofille 20

coltivi 32

boschi di latifoglie 28

urbano 20

Abbondanza relativa di ogni classe

10 m

boschi di sclerofille

coltivi

boschi di latifoglie

urbano

Composizione

•Isolamento e prossimità

•Contrasto

•Dispersione

•Contagion e interdispersione

•Suddivisione

•Connettività

Configurazione spaziale

boschi di sclerofille

coltivi

boschi di latifoglie

urbano

Al contrario della composizione, la configurazione spaziale è più complessa da

quantificare e si riferisce alla disposizione spaziale, la posizione, o l’orientazione

di patches all’interno della classe o del paesaggio.

L’attributo fondamentale del patch è la sua dimensione.

La distribuzione delle dimensioni si può riassumere a livello di classe e di

paesaggio (media, mediana, massimo, varianza).

Distribuzione della dimensione dei patch

Configurazione spaziale

MPS (Mean Patch size)

Il paesaggio è composto da moltissimi patch; un indice basato sulla dimensione

di ogni singolo patch sarebbe quindi di scarsa utilità.

Distribuzione della dimensione dei patch

Per questo motivo viene

calcolato l’indice di dimensione

media, o MPS (Mean Patch

Size), semplicemente

ottenendo la media (somma di

tutti i valori diviso per il numero

di patch) delle aree dei singoli

patches.

Configurazione spaziale

Complessità della forma della dimensione dei patch

Tali indici si costruiscono

sulla base del rapporto tra

perimetro ed area.

La complessità dei limiti offre

un’informazione sulla

geometria delle macchie, cioè

la tendenza ad essere

semplici e compatte o al

contrario, irregolari e

contorte.

Configurazione spaziale

Quantificazione del ‘margine’

Isolamento e prossimità

Con isolamento e prossimità si indica la tendenza dei

patches ad essere isolati nello spazio (distanti tra di

loro) rispetto agli altri patches della stessa natura o

simili. Il termine può essere vago, quindi è necessario

definire come stabilire la misura di distanza e come

gestire i rapporti tra patches

Isolamento basso

Alta prossimità

Isolamento alto

Bassa prossimità

Isolamento alto

Prossimità bassa

Isolamento basso

Prossimità alta

Configurazione spaziale

Contrasto

Il contrasto si riferisce alla diversa natura dei poligoni, si misura quindi la

tendenza degli elementi di un tipo a presentarsi vicino a patches di un altro tipo.

Ha senso se applicato a livello di

paesaggio

Configurazione spaziale

• Il formato(raster/vector) e la scala (grana ed estensione) dello studio

possono avere una grande influenza sui valori degli indici ottenuti;

• Gli indici variano in modo prevedibile in funzione di pi (la proporzione

di paesaggio occupata per una tipologia d’interesse);

• Può essere utile considerare l’uso di più indici insieme, ma gli indici

sono spesso correlati tra loro;

• E’ necessario comprendere bene le finalità dello studio al fine di

scegliere l’indice adatto. Infatti, un indice usato in maniera impropria

può portare a conclusioni errate o nella migliore delle ipotesi, inutili!

Uso, limitazioni ed interpretazione degli indici

20x20

40x40

10x10

Il paesaggio è lo stesso, ma gli indici avranno lo stesso valore???